Высокопроизводительный вычислительный кластер

ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ КЛАСТЕР НИЖЕГОРОДСКОГО
УНИВЕРСИТЕТА
HIGH PERFORMANCE COMPUTING CLASTER OF NIZHNY NOVGOROD UNIVERSITY
В.П.Гергель, Р.Г.Стронгин
Нижегородский государственный университет им. Н.И.Лобачевского, Нижний Новгород
Тел.: (8312) 65-48-59, факс: (8312) 65-85-92, e-mail: gergel@unn.ac.ru
В докладе дается характеристика работ, выполняемых в Нижегородском университете (ННГУ) с целью развития
высокопроизводительных компьютерных систем для обеспечения возможностей по решению сложных научных и
технических проблем с высокой вычислительной трудоемкостью [1]. Важным этапом в этом направлении явилось
создание в 2000 г. высокопроизводительного вычислительной кластера (ВВК) с суммарной пиковой
производительностью 45 миллиардов операций в секунду.
1. Архитектура ВВК ННГУ. Постоянное развитие вычислительной базы для проведения научных исследований и
подготовки специалистов в области информатики, вычислительной техники и информационных технологий является
одним из приоритетных, активно развивающихся направлений деятельности ННГУ [1]. Вместе с этим, организация
высокопроизводительных компьютерных систем требует существенных финансовых затрат. Организация
вычислительного кластера ННГУ с таким высоким быстродействием оказалось возможной при непосредственном
содействии корпорации Интел, передавшей ННГУ в рамках своей Академической программы необходимое
компьютерное оборудование. Кластер включает:
– 2 вычислительных сервера, каждый из которых имеет 4 процессора Intel Pentium III 700 МГц, 512 Mb RAM, 10 Gb
HDD, 1 Гбит Ethernet card;
– 12 вычислительных серверов, каждый из которых имеет 2 процессора Intel Pentium III 1000 МГц, 256 Mb RAM, 10
Gb HDD, 1 Гбит Ethernet card;
– 12 рабочих станций на базе процессора Intel Pentium 4 1300 Мгц, 256 Mb RAM, 10 Gb HDD, CD-ROM, монитор
15", 10/100 Fast Etherrnet card.
Следует отметить, что в результате передачи подобного оборудования Нижегородский госуниверситет оказался
первым вузом в Восточной Европе, оснащенным ПК на базе новейшего процессора INTEL®PENTIUM®4 [2]. Подобное
достижение является дополнительным подтверждением складывающегося плодотворного сотрудничества ННГУ и
корпорации Интел. Важной отличительной особенностью кластера на основе подобного оборудования является его
многоплановость. В состав кластера входят рабочие места, оснащенные новейшими процессорами Intel Pentium 4 и
соединенными относительно медленной сетью (100 Мбит), и вычислительные 2- и 4- процессорные сервера, передача
данных между которыми выполняется при помощи быстрых каналов передачи данных (1000 Мбит). В результате,
кластер может использоваться не только для решения сложных вычислительно-трудоемких задач, но также и для
проведения различных экспериментов по исследованию многопроцессорных кластерных систем и параллельных
методов решения научно-технических задач.
2. Практическое использование кластера. В результате тщательного анализа для построения кластера в качестве
системной платформы выбраны современные операционные системы семейства Microsoft Windows (для проведения
отдельных экспериментов будет предоставлена возможность использования ОС Unix). В обоснование такого выбора
могут быть отмечено прежде всего широкое распространение ОС Windows и большое количество программ,
разработанных для этой операционной системы; известны также ряд известных проектов, в рамках которых проводятся
исследования эффективных кластерных систем. Важное влияние оказало на принятие решения оказало и
заинтересованность корпорации Microsoft в создании подобного кластера и передало в ННГУ для поддержки работ все
необходимое программное обеспечение (ОС MS Windows 2000 Professional, ОС MS Windows 2000 Advanced Server и
др.). В докладе будут приведены результаты оценки эффективности использования ОС Windows для системной
платформы для организации высокопроизводительных вычислений. Официальный запуск кластера в действие был
выполнен в мае 2001 г. На первом этапе работ предполагается использовать возможности кластера для решения ряда
актуальных фундаментальных и прикладных проблем, достижение прогресса в исследовании которых уже сегодня
является насущной необходимостью. Перечисленные ниже задачи уже имеют разработанное программное
обеспечение, которой может быть адаптировано для проведения вычислительных экспериментов на кластере:
– Вычислительные эксперименты по созданию и изучению существенно нелинейных математических моделей, в
частности, такого нетривиального и актуального в прикладном плане явления как динамический хаос, а также
при исследовании высокоразмерных динамических систем и уравнений в частных производных (например,
многомерных моделей динамики атмосферы, требующих многомесячных вычислительных экспериментов для
выяснения сложной динамики процессов).
– Разработка математических моделей и методов принятия решений при проведении вычислительных
экспериментов в задачах анализа и синтеза виртуальной реальности окружающего мира на основе цифровых
карт и планов, карт-схем, аэрофотоснимков и другой тематической информации о пространственно
распределенных данных. Указанная задача характеризуется большой емкостной и вычислительной сложностью.
– Исследование задач нелинейной динамики цепочечных и решеточных моделей систем с сетей синхронизации,
задачи оптимального управления для распределенных и сосредоточенных динамических систем (численное
интегрирование большого числа нелинейных дифференциальных уравнений, решение матричных линейных
неравенств, матричных уравнений Рикатти высокого порядка).
– Проведение вычислительных экспериментов для исследования динамики пространственных конструкций при
импульсных и ударных воздействиях и взаимодействии с заполняющими и окружающими средами различной
природы.
1
– Моделирование динамики квантовых систем с числом степеней свободы N>2 для исследования нового
фундаментального явления – квантовой диффузии Арнольда с целью определения стационарных и
квазиэнергетических состояний системы и нахождения скорости диффузии по квантовой сетке сепаратрис.
– Разработка моделей, методов и программных средств численного решения сложных оптимизационных задач для
кластерных вычислительных системах. В докладе будут приведены результаты вычислительных экспериментов,
выполненных на кластере для решения сложных оптимизационных задач [3].
Литература
1. Гергель В.П., Стронгин Р.Г. Центр высокопроизводительных вычислений с удаленным доступом в
Нижегородском университете. // Тезисы Всероссийской научной конференции "Телематика" СПб, 1998
(http://risbank.spb.ru/risbank2/tm98/191.htm).
2. http://www.intel.ru/pressroom/2001/2001227121414.htm Пресс-релиз корпорации Интел о передаче в
Нижегородский университет новейшего компьютерного оборудования.
3. Гергель В.П., Стронгин Р.Г. Параллельная глобальная оптимизация в многопроцессорных вычислительных
системах. // Тезисы Всероссийской научной конференции "Высокопроизводительные вычисления и их приложения".
Черноголовка, 2000. (http://parallel.ru/ftp/chg2000/Gergel.zip).
2